Силно ядрено взаимодействие
From Wikipedia, the free encyclopedia
Силно ядрено взаимодействие (наричано понякога само силно взаимодействие) е едно от четирите фундаментални взаимодействия във физиката, наред с електромагнитното взаимодействие, слабото ядрено взаимодействие и гравитацията.[1] То се проявява на много къси разстояния, главно в мащабите на атомните ядра или по-малко – при разстояния около 10−15 m (малко повече от радиуса на нуклеоните), силното взаимодействие е около 137 пъти по-силно от електромагнитното, 106 пъти по-силно от слабото и 1038 пъти по-силно от гравитацията. Силното взаимодействие задържа кварките в протоните, неутроните и другите адрони. Освен това то свързва протоните и неутроните, така че те да формират атомните ядра. Основната част от масата на обикновените протони и неутрони се дължи на енергията на силното взаимодействие, като отделните кварки дават едва около 1% от масата на протона.
Серия статии на тема Ядрена физика |
Радиоактивност Ядрено делене Термоядрен синтез Радиоактивност
Емисии
Неутронна Протонна Позитронна
Взаимодействия
|
Силното ядрено взаимодействие се наблюдава в два обхвата и се реализира чрез два носителя на силата. В по-едър мащаб (около 1 до 3 фемтометра) то е силата (носена от мезоните), която свързва нуклеоните (протони и неутрони), така че да образуват ядрата на атомите. В по-дребен мащаб (под 0,8 фемтометра, радиуса на отделен нуклеон) то е силата (носена от глуоните), която задържа заедно кварките, така че да образуват адрони.[2] Във втория контекст то често е наричано цветно взаимодействие. Силното взаимодействие има толкова голяма сила, че адроните, свързани чрез него, могат да образуват нови масивни частици – ако бъдат ударени от високоенергийни частици, те формират нови адрони, вместо да излъчват свободна радиация (глуони). Това свойство на силното взаимодействие се нарича конфайнмънт[3] и то предотвратява свободното излъчване на взаимодействието – вместо това на практика се образуват струи от масивни частици.
В контекста на атомното ядро същото силно ядрено взаимодействие, което свързва кварките в нуклеони, обединява протоните и неутроните в ядра, като в това качество то се нарича ядрена сила или остатъчно силно взаимодействие.[2] То зависи от разстоянието между нуклеоните по начин, много различен от действието си при свързването на кварките в нуклеони. Различия има и в енергията на свързване на ядрената сила при ядрен синтез и ядрено делене.[4][5] На синтеза се дължи основната част от генерираната енергия в Слънцето и другите звезди, а деленето позволява разпадането на радиоактивните елементи и изотопи, което обаче често става чрез слабото ядрено взаимодействие. В изкуствени условия, енергията, свързана с ядрената сила, частично се освобождава в ядрената енергетика и ядрените оръжия.
Силното ядрено взаимодействие се реализира чрез обмен на безмасови частици, наричани глуони, които действат между кварките, антикварките и други глуони. Смята се, че глуоните взаимодействат чрез особено свойство, наричано „цветен заряд“. Цветният заряд е аналог на електромагнитния заряд, но има не една, а три разновидности – ±червен, ±зелен и ±син. Силата на взаимодействието е пропорционална на произведението на цветните заряди, като едноименните заряди се отблъскват, а разноименните се привличат. Поведението на тези сили е предмет на квантовата хромодинамика – теорията на кварко-глуонните взаимодействия.